Скорость ветра по территории в среднем составляет 2,0-2,5 м/с, наибольшие скорости наблюдаются в октябре-ноябре.

Самым теплым месяцем является июль, холодным - январь. Средняя месячная температура июля по всей Приуссурийской низменности колеблется около +21 °С, максимальная температура июля +41 °С. Ст. Бикин характеризуется абсолютным минимумом температуры воздуха. (январь) – 46 °С, средний минимум -28,8 °С и максимальной температурой июля +41 °С.

Количество осадков на юге Хабаровского края колеблется в пределах 600-800 мм за год. Для ст. Бикин среднее количество их за год составляет 693 мм, для ст. Вяземская - 716 мл. По сезонам осадки распределяется крайне неравномерно, имеется большой контраст между обильным выпадением летом и незначительным зимой. По числу дней с осадками теплый период года делится на две части: первая - с апреля по июль, вторая - с июня по сентябрь. Во второй период выпадает 70-80 % годовой суммы осадков. Ливневых дождей во второй период в 2-3 раза больше, чем в первый. Характерным отличием дождей ливневого характера в рассматриваемом районе.

1.2 Геологическое строение и гидрологические условия

Железнодорожная линия от ст. Вяземская до ст. Бикин в большей части проходит по южным затухающим частям южного склона центрального Сихотэ-Алиня. Пересекаемые дорогой склоны отрогов изрезаны глубокими логами и узкими тальвегами, поросшими кустарником и смешанным лесом средней густоты. Осевая часть затухающего отрога хребта проходит у ст. Щебенчиха и имеет абсолютную отметку 142,4 м. Общий вид рельефа в продольном направлении имеет пилообразную форму с глубиной вреза логов от 1,0 до 17,0 м. Тальвеги логов, как правило, покрыты кочкой со следами местной заболоченности. Их склоны поросли кустарником и невысокими деревьями. Реки исследуемого района стекают с западных склонов Сихотэ-Алиня и горной страны. Они принадлежат бассейну Дальневосточной реки Уссури с притоками (Большая Уссурка, Бикин, Хор и другие). В зимний период (ноябрь-март) расход рек небольшой и составляет лишь несколько процентов годового. В это время многие мелкие реки промерзают до дна. Большее время года ручьи и речушки переносят незначительное количество воды, однако, в периоды интенсивного снеготаяния и ливневых дождей они превращаются в бурные потоки.

В геологическом строении исследуемого района принимают участие породы осадочного происхождения и частично изверженные породы. Преимущественно распространение здесь получили нижнепермские и верхнепермские отложения. Встречаются они и хорошо прослеживаются в обрывах и обнажениях по берегам рек Хора и в низовье Бикина.

Породы осадочного происхождения представлены средне и мелкозернистыми песчаниками, глинистыми окремненными сланцами. Верхняя часть разреза представлена чередованием слоев песчаников, песчано-глинистых и кремнистых сланцев, мощность толщи достигает до 2000 м. В подчиненном количестве зафиксировано наличие каменноугольных отложений образующих здесь месторождения бурого угля известные под названием Переясловские у пос. Переясловка, Бикинское в районе гор. Бикин. Основываясь на данных Инженерной геологии СССР четвертого тома можно проследить залегание пород в районе расположения деформирующего участка на 8704 км. Так для данного участка, считая сверху вниз, имеем следующие напластование пород: от 0,0 до 20,0 – суглинки со щебнем, с 20,0 до 70,0 м – порфириты трещиноватые, в нижней части слоя крепкие, по трещинам водоносные.

Гидрогеологические условия исследуемого района характеризуются наиболее изученными каменноугольными отложениями, которые проверены четырнадцатью скважинами, пробуренными в пунктах Бикин, Глебово, Лермонтовка, Розенгартовка, Добролюбово, Шивки. При этом выявлено, что подземные воды приурочены к зоне выветривания и к зонам тектонических размывов. Глубина залегания подземных вод колеблется от 8,5 до 56,0 м. Воды слабо напорные и свободные. Напор обусловлен наличием с поверхности водоупорных глинистых пород с разностью высот областей питания и разгрузки.

Величина напора изменяется от 3,0 до 8,5 м. Водообильность пород небольшая и зависит от степени и характера трещиноватости. Дебит скважин изменяется от 0,3 до 3,3 л/с при понижении уровня соответственно на 5,0 и 7,0 м. Удельный дебит колеблется от 0,01 до 0,5 л/с. Вода мягкая и умеренно жесткая, жесткость 1,2-5,6 мг/экв/л, концентрация водородных ионов – pH=6,2-7,7, содержание в воде составляет 2,5-25,0 мг/л.

Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков и подтока вод из контактирующих пород. Разгрузка водоносных пластов происходит в долины рек. Практическое значение подземных вод невелико вследствие малой водообильности, но их можно использовать для водоснабжения небольших пунктов без предварительной обработки.

1.3 Рельеф и растительность

В геоморфологическом отношении местность, на которой расположен участок деформирующегося земляного полотна, представлена вогнутой долиной, ограниченной склонами сопочных гряд-отрогов горного хребта Сихотэ-Алинь. Абсолютные отметки поверхности земли колеблются у станции Снарский - 92,20 м, у ж.б. трубы рассматриваемой насыпи - 77,46 м. Левая сторона тальвега, пересекаемого насыпью заболочена и поросла кочкой до высоты 0,6 м. Правая сторона имеет следы местной заболоченности. Склоны лога пологие, поросшие травой и кустарником, редким лесом. Склоны устойчивые, деформаций не наблюдается.

1.4 Инженерно–геологическое описание деформирующегося участка

1.4.1 Земляное полотно и прилегающая местность

Неустойчивый участок двухпутной железной дороги расположен на перегоне Снарский-Бойцово составной в кривой радиусов 620 и 650 м.

Участок представлен насыпью высотой до 10 м, отсыпанной на пересечении дорогой периодически действующего ручья. В пределах участка для пропуска воды через тело насыпи имеется железобетонная труба.

Из истории строительства известно, что в конце XIX в начале XX веков насыпь отсыпалась только под один, четный путь. Позднее, в 1936 г она была уширена под два пути. При уширении устраивался нечетный путь, под который в одну сторону уширялась насыпь.

Земляное полотно под оба пути возводилось из местных грунтов, взятых из резервов, близлежащих карьеров и прилегающих выемок. За время длительной эксплуатации дороги земляное полотно перетерпело значительные изменения как геометрических размеров, так и структурного сложения. На всем протяжении участка откосы значительно уположились и заросли травой с жестким стеблем. За поверхности правого откоса по всему участку видны балластные шлейфы, которые тянутся от подошвы балластной призмы до основания откосов насыпи. По правому откосу обочины отсутствуют, откосы начинаются от бровки балластной призмы.

На протяжении всего участка рельсошпальная решетка по первому и второму путям уложена на щебеночный балласт, толщина которого колеблется от 40 до 60 см. Слой щебеночного балласта насыпан на старый песчано-гравийный балласт.

1.4.2 Геотехнические свойства грунтов

Для изучения причин, вызывающих деформации, выполнено инженерно-геологическое обследования участка (бурение скважин и шурфование). Для лабораторных исследований отобрано 20 образцов грунта с различных глубин.

Исследования показали, что первоначально насыпь отсыпалась из глинистых грунтов. В процессе эксплуатации она досыпалась песчано-гравийной смесью, в отдельных местах досыпка проводилась паровозным шлаком. Досыпки балластных материалов для исправления профиля пути привели к накоплению на период обследования над построечной основной площадкой значительной толщи дренирующих грунтов.

По бровке балластной призмы с полевой стороны нечетного пути слой присыпок составляет от 1,85 до 3,85 м. по откосу от 1,0 до 2,50 м. По четному пути толщина их колеблется от 1,60 до 2,70 - по бровке балластной призмы, от 0,80 до.; 1,70 м - по откосу. В междупутье слой балластных материалов составляет от 1,5 до 3,10 м.

Влажность несвязных грунтов в период обследования была, в основном, малая (грунты маловлажные). Увеличение влажности прослеживалось в зоне контакта балластных материалов с суглинками и глинами, и особенно в углублениях основной площадки земляного полотна.

Лабораторные и полевые исследования показали, что влажность грунтов насыпи и основания колеблется в широких пределах: от 9 % до 59 %. По механическому составу рыхлые породы имеют различные процентные содержания частиц, определяющих их структурное сложение. В насыпи и основании, в основном, преобладают пылеватые частицы. Консистенция: от текучепластичной до полутвердой и твердой.

На 8704 километре, участка Вяземская – Бикин, наблюдается деформация откоса земляного полотна, что является одним из основных видов деформации. По статистике данный вид деформации чаще всего приводит к полному отказу в работе земляного полотна. В результате потери устойчивости откоса, необходимо усиление земляного полотна.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ОСНОВАНИЯ

2.1 Методика расчета коэффициента устойчивости методом профессора Г.М. Шахунянца

Существует достаточно большое количество методов расчета устойчивости откосов, предложенных различными авторами – Ямбу, Моргенштерна и Прайса, Спенсера, Феллениуса, Терцаги, Шахунянца, Бишопа и др. Ввиду серьёзности последствий нарушения устойчивости её расчетам следует предавать особое значении. Устойчивость земляного полотна и склонов, должна проверяться при различных ситуациях индивидуального проектирования. Расчет устойчивости выполняется для определения расчетных характеристик грунта, а также для нахождения коэффициента устойчивости откоса земляного полотна [1]. Таким образом, расчеты устойчивости являются необходимым мероприятием. В железнодорожном строительстве для расчета устойчивости широко используется и даёт хорошие результаты метод профессора Г.М. Шахунянца [16].

При решении задачи предполагается, что массив грунта представляет собой недеформируемое тело. Полученную границу смещения можно отнести к плоской задаче, имея в виду, что откосы или склоны являются протяженными в длину грунтовыми массивами (рис 2.1).

Рис. 2.1 Поверхность смещения откоса произвольной формы

Для решения этой задачи коэффициент устойчивости сводится к следующему виду [25]:

, (2.1)

где n – количество отсеков, на которые разбивается вертикальными плоскостями блок возможного смещения; и – удерживающие и сдвигающие силы, действующие в i-отсеке, Н/м.

При К_уст = 1 откос насыпи находится в состоянии предельного равновесия (при малейшем приложении силы произойдет сдвиг откоса). Поэтому необходимо при проектировании земляного полотна чтобы К_уст = 1,2[14].

При разбиении поверхности смещения на отсеки (рис. 2.2) можно выделить следующие силы, действующие на отсек (рис. 2.3):

а) внешней силой является равнодействующая всех сил, действующая на i-отсек Q_i, Н/м. Это может быть сумма сил веса грунта в пределах отсека.

Рис. 2.2 Поверхность смещения откоса произвольной формы, разбитая на отсеки.

Рис. 2.3 Схема внешних сил, действующих на отсек

Равнодействующую силу можно определить по формуле:

, (2.2)

где - площадь отсека, м²; - удельный вес грунта, размещенного в отсеке, Н/м³; расчет производится для м откоса или склона.

Сила раскладывается на две составляющие:

, (2.3)

, (2.4)

где и — тангенциальная и нормальная составляющие силы , Н/м; — угол наклона основания отсека к горизонту, °; θ_i – угол отклонения внешней силы Q_i от вертикали, °.

б) Внутренними воздействиями являются следующие реактивные силы (рис. 2.4).